В статье автор исследует концепцию создания мониторинга криолитозоны как государственной системы.
Ключевые слова: криолитозона, инженерно-геологические, геологическая среда.
Научный и практический интерес к криолитозоне определяется все возрастающим вниманием государства и хозяйственных субъектов к освоению недр Арктической и Субарктической территории страны. В связи с долгосрочным ориентированием экономики страны на экспорт углеводородов важнейшей стратегической задачей МПР РФ является не только увеличение их разведанных ресурсов, но сохранение экологически безопасных условий их освоения. Устойчивость криолитозоны к внешним воздействиям зависит, прежде всего, от температуры горных пород и от содержания и распределения в них подземного льда, разрушающегося при переходе температуры горных пород через нуль градусов.
Экологическая опасность природопользования в условиях криолитозоны в полной мере определяется сочетанием природных факторов и техногенеза, способного при определенных обстоятельствах настолько резко усилить воздействие криогенных процессов, что их влияние может принять катастрофический характер. Без должного научного обеспечения и сопровождения геологоразведочных, проектных и строительных работ эти процессы могут серьезно осложнить экологическую обстановку на объектах недропользования и значительно увеличить затраты на освоение природных ресурсов. Важно подчеркнуть, что мониторинг криолитозоны необходимо проводить там, где в недостаточной мере изучены природные опасности для недропользования и где существует вероятность возникновения не штатных экологических ситуаций в процессе освоения недр региона.
Разведка и разработка нефтегазовых месторождений в криолитозоне требуют инженерно-геокриологического изучения площади самих месторождений и путей транспортировки газа с целью обеспечения устойчивости возводимых сооружений и максимального сохранения, существующих в настоящее время природных условий криолитозоны. Создание сценариев и прогнозирование геоэкологических изменений для различных этапов и стадий разработки месторождений, а также обеспечение устойчивости объектов инфраструктуры возможно лишь на основе знания закономерностей формирования и пространственной изменчивости важнейших компонентов геокриологических условий региона в целом и отдельных его частей [5].
Под криолитозоной понимается верхняя часть земной коры, характеризующаясяся отрицательной температурой почв и горных пород в течение более одного года. Криолитозона включает в себя многолетне-мерзлые, морозные и охлажденные (ниже 0 0 С) горные породы и различные по составу флюиды (криопэгиги), а так же газогидраты.
С точки зрения ресурсной обеспеченности и экологической безопасности Россия — это северная страна, где около 11 млн. кв. км занимает криолитозона. Территория криолитозоны в целом характеризуется суровым климатом, коротким вегетационным периодом, отсутствием современных транспортных коммуникаций, низкой плотностью населения и особо слабой устойчивостью экологической обстановки к воздействиям техногенеза. Между тем, именно здесь сосредоточено от 30 % до 80 % разведанных и более 90 % потенциальных запасов углеводородного сырья, месторождений золота, олова, никеля, меди и других полезных ископаемых, а также гидроресурсов.
Гидрогеологические условия в криолитозоне резко дифференцируются в зависимости от сплошности распространения многолетнемерзлых пород. Так, в зоне сплошного развития мерзлых толщ мощность 200–300 м и более, все гидрогеологические структуры и водоносные горизонты пресных подземных вод полностью проморожены, а подмерзлотные воды, как правило, сильно засолены. Ограничения зон питания подземных вод за счет мерзлого экрана отрицательно сказывается на процессах водообмена и ресурсном потенциале месторождений подземных вод. Инженерно-геологические свойства дисперсных мерзлых грунтов практически всецело определяются величиной льдистости, засоленности и температурным режимом в годовом и многолетних циклах [4].
Несмотря на достаточно длительный период интенсивного освоения недр в различных регионах криолитозоны, до сих пор в системе МПР РФ (а ранее Мингео) не принята стратегия планомерного регионального и мониторингового изучения криолитозоны как особого геологического тела в земной коре, обладающего принципиальными отличиями инженерно-геологических и гидрогеологических условий, которые практически всецело определяют исходную экологическую ситуацию на региональном уровне. В этой связи геокриологическое районирование, являющееся по своей сути подосновой для изучения гидрогеологических и инженерно-геологических особенностей территории, должно выполняться в качестве обязательных опережающих исследований на площадях перспективного недропользования.
Научно-методические подходы, в процессе разработки прогноза состояния криолитозоны под влиянием глобальных изменений климата и процессов недропользования, базируются на следующих основных принципах:
— Необходимости систематического, единообразного и достоверного получения информации об основных параметрах природной среды на основе мониторинговых метеорологических и геокриологических наблюдений;
— Использования максимально продолжительных рядов всех видов наблюдений;
— Применение апробированных расчетных методов и методик обработки исходной и текущей информации;
— Выполнение прогнозных оценок осуществлять только для основных картируемых параметров криолитозоны, а результаты прогноза представлять на картах геокриологического районирования территории [3].
Особенности организации и ведения государственного мониторинга состояния недр (ГМСН) в криолитозоне определяются спецификой ее геологической среды и хозяйственной деятельности, которые предопределяют своеобразие объектов мониторинга, задач и методов ведения наблюдений, методов прогноза развития и динамики криогенных процессов, а также требований к созданию наблюдательных сетей.
Специфика геологической среды в криолитозоне определяется:
— наличием отрицательной температуры горных пород (формирующейся под комплексным влиянием всех факторов природной обстановки); значительной пространственной неоднородностью температурного поля верхних горизонтов мерзлой толщи и прерывистостью ее в плане и разрезе;
— различным содержанием в мерзлой толще подземного льда в виде прожилок, прослоев, гнезд кристаллов, линз и мономинеральных ледяных тел разной формы и размеров;
— наличием горизонтов засоленных пород и отрицательно-температурных подземных вод (криопэгов);
— парагенетической связью мерзлых пород с подземными водами.
Устойчивость геологической среды к техногенным воздействиям зависит прежде всего от ее температуры, а также от содержания и распределения в толще мерзлых пород подземного льда, разрушающегося при переходе температуры горных пород через нуль градусов. Это обстоятельство вынуждает отнести температуру и льдистость ММП к важнейшим изучаемым параметрам в системе мониторинга криолитозоны.
В криолитозоне существует иная градация динамичности геологической среды. Так горные породы (в интервале мерзлой толщи) и рельеф здесь нельзя отнести к условно постоянным, поскольку переход температуры ММП через нуль градусов чреват резким изменением состава и свойств пород, особенно в районах широкого развития залежеобразующих подземных льдов, являющихся здесь важнейшим рельефообразующим фактором [1].
Геокриологические условия (распространение ММП, их прерывистость и мощность; температурный режим; криогенное строение и льдистость, глубина сезонного промерзания и протаивания; криогенные процессы формируются в процессе теплообмена в системе атмосфера- почва- литосфера под влиянием комплекса факторов природной обстановки, с которыми они находятся в динамическом равновесии.
Среди факторов теплообмена выделяют:
— региональные (геолого-тектонические, геоморфологические и гидрогеологические условия на региональном уровне);
— зональные (ланшафтно-климатические);
— местные (рельеф и микрорельеф, состав поверхностных отложений, их генезис и гидрогеологические условия на местном и локальном уровнях).
Взаимосвязь вышеперечисленных факторов природной обстановки между собой и с многолетнемерзлыми породами обусловливает формирование специфических геосистем, образующих целостное единство в виде природно-территориальных комплексов.
Природные геосистемы (комплексы) «это саморегулируемые материальные системы взаимосвязанных элементов (горных пород, подземных и поверхностных вод, биоты) и компонентов (природных геосистем более низких рангов), между которыми происходит массо- и энергообмен под воздействием тех или иных ведущих факторов [2].
Изменение этих факторов естественное за счет периодических и циклических колебаний климата либо техногенного воздействия на геосистему, приводит к изменениям ГУ, характер и степень которых оказываются различными в разных зональных и региональных условиях.
Недостаточная геокриологическая изученность многих районов криолитозоны, практически полное отсутствие на ее территорию государственных инженерно-геологических и гидрогеологических карт требуют особого подхода к ведению здесь региональных геокриологических работ в целом, а также к организации ГМСН и выбору наблюдательных участков. Этот подход заключается в создании в рамках ГМСН системы государственных геоэкологических полигонов .
Литература:
1. Девяткин В. Н., Мельников В. П., Павлов А. В. Экспериментальное изучение погрешностей измерений температуры горных пород в неглубоких скважинах // Методика и техника геокриологических исследований. Новосибирск: Наука, 1988, с. 101–110.
2. Ермилов О. М., Дегтярев Б. В., Курчиков А. Р. Сооружение и эксплуатация газовых скважин в районах Крайнего Севера. Теплофизические и геохимические аспекты. Новосибирск, Изд-во СО РАН,2003, 223 с.
3. Ершов Э. Д., Максимова Л. Н., Медведев А. В. и др. Реакция мерзлоты на глобальные изменения климата //Геоэкология. 1995. № 5. С.11–24.
4. Основы геокриологии (мерзлотоведения). М., Изд-во АН СССР, 1959, ч. I, 459 с., ч. II, 366 с.
5. Павлов А. В., Малкова Г. В. Инвентаризация наблюдательных сетей мониторинга криолитозоны в России // Криосфера Земли, 2005, т. IX, № 3, с. 67–77.
